單孔剪切波現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及注意事項(xiàng)

1、單孔剪切波現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及注意事項(xiàng)1 為什么要做單孔剪切波測(cè)試天然地基，常常不是單一的勻質(zhì)土體，而是具有多層結(jié)構(gòu)的非勻質(zhì)土體，為了解地基土層的空間分層變化情況，提供與波速相關(guān)的巖土動(dòng)力學(xué)參數(shù)、計(jì)算土層的剪切模量、了解地基的軟弱地層、分析地基土的類型和建筑物場(chǎng)地類別，進(jìn)行地震土的地震反應(yīng)計(jì)算等，必須使用波速測(cè)井這種地球物理方法。2 單孔波速測(cè)試的原理當(dāng)S波穿過地層時(shí)，他們遇到構(gòu)造不連續(xù)界面時(shí)會(huì)發(fā)生折射或反射，并使其振動(dòng)方面發(fā)生偏振。當(dāng)發(fā)生偏振的S波的巖石顆粒僅在水平面中運(yùn)動(dòng)時(shí)，稱為SH波。當(dāng)巖石顆粒在巖波傳播方向的豎直平面里運(yùn)動(dòng)時(shí)，這中S波稱為SV波。SH波 SHwave水平偏振橫波。質(zhì)點(diǎn)在垂直于入射

2、平面的方向上振動(dòng)的波叫水平偏振橫波。SV波 SV-wave垂直偏振橫波。質(zhì)點(diǎn)在入射平面內(nèi)且與傳播方向垂直振動(dòng)的波叫垂直偏振橫波。利用直達(dá)波的原理，由振源產(chǎn)生的壓縮波（又稱P波）和剪切波（又稱SH波），經(jīng)過巖（土）體，被放置在孔中的三分量檢波器接收，根據(jù)波傳播的距離和走時(shí)計(jì)算出場(chǎng)地土的波速，進(jìn)而評(píng)價(jià)場(chǎng)地土的工程性質(zhì)。原位測(cè)定壓縮波（P波）、剪切波（SH波）在巖（土）體中的傳播速度，從而避免了室內(nèi)測(cè)試所帶來的誤差。優(yōu)點(diǎn)：直接對(duì)地層測(cè)試、結(jié)果相對(duì)精確且不需要任何場(chǎng)地（只要能成孔）。當(dāng)?shù)孛嬲裨醇ぐl(fā)產(chǎn)生剪切波信號(hào)時(shí)，剪切波信號(hào)便從震源發(fā)出穿過地層介質(zhì)，到達(dá)井下三分量探頭，探頭中的檢波器，經(jīng)過機(jī)電轉(zhuǎn)換把地

3、震的振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過電纜傳送到波速測(cè)試儀，由測(cè)試儀器記錄并顯示剪切波波形。（1）.在測(cè)井工作中，井口、震源、測(cè)井探頭三點(diǎn)構(gòu)成了一個(gè)直角三角形。（2）.在測(cè)井過程中只要知道了兩個(gè)測(cè)點(diǎn)Zi和Zi+1 的深度和剪切波的傳播時(shí)間t1、t2,則Zi、Zi+1之間的深度之間地層介質(zhì)的平均波速滿足：3 剪切波測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)注意事項(xiàng)3.1 鉆孔測(cè)試剪切波的鉆孔有一定的要求，主要如下：（a） 孔徑的要求：按測(cè)井探頭口徑的需要，鉆頭一般經(jīng)常使用5060mm、90105mm、110130mm,根據(jù)測(cè)井需要，鉆孔直徑應(yīng)該比測(cè)井探頭直徑大35cm。（b） 鉆孔井壁的要求：井壁要求光滑，井徑變化較小，上下一致。在松散

4、和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地層鉆井，除了更換鉆具外，鉆進(jìn)的速度也要適當(dāng)控制以保證鉆孔質(zhì)量。井孔的傾斜要求不能超過5°，否則測(cè)井資料的可靠程度大大降低。尤其跨孔法，對(duì)鉆孔的要求更嚴(yán)，否則誤差較大。（c） 測(cè)井對(duì)鉆孔時(shí)間的要求：一般測(cè)井的時(shí)間要求比較特殊，受到終孔時(shí)間的限制。一般來說，在鉆機(jī)打完井后，馬上對(duì)鉆進(jìn)進(jìn)行擴(kuò)孔、泥漿護(hù)壁等工作，這些工作完成后立即開始進(jìn)行測(cè)井。打鉆工作一般在白晝進(jìn)行，在完工后24小時(shí)以內(nèi)，應(yīng)該完成波速測(cè)井的工作，為了防止周圍環(huán)境和人文干擾，測(cè)井有時(shí)要在夜深人靜時(shí)進(jìn)行，尤其受人文、交通干擾較大的地區(qū)，選擇合適的時(shí)間測(cè)井也是一種很好的防干擾措施。（d） 鉆孔附近地面應(yīng)盡可能平整：鉆

5、孔時(shí)應(yīng)盡量減少孔壁土層擾動(dòng)，待測(cè)孔鉆到預(yù)定深度時(shí)，如地層軟弱應(yīng)立即下套管護(hù)壁，套管與孔壁間應(yīng)灌漿和填砂法處理，以保持套管與孔壁間的緊密接觸。（e） 關(guān)于使用各種套管的問題：測(cè)量有套管鉆孔的剪切波速度，實(shí)踐證明還是比較不容易的。盡管有的文獻(xiàn)曾給出有套管鉆孔的剪切波速度和無套管測(cè)量結(jié)果是一致的，但沒有指出是如何測(cè)量，如何處理才能得到與沒有套管時(shí)測(cè)井的一致的結(jié)果。3.2 對(duì)振源的要求剪切波振源應(yīng)采用錘和上壓重物的木板，壓縮波振源宜采用錘和金屬板。對(duì)木板激振源的一般尺寸要求：木板長(zhǎng)約2.5米，寬約0.30.5米，厚約0.1米。受錘擊的兩頭報(bào)上鐵板；通過敲擊木板兩側(cè)，這樣木板就給地面一個(gè)水平?jīng)_擊力，激起

6、土層的剪切振動(dòng)。大錘的要求：8磅或10磅。3.3 傳感器的要求一般為速度型檢波器，有三個(gè)分量，一個(gè)垂直，兩個(gè)水平。三個(gè)分量互相垂直，其中兩個(gè)水平分量在一個(gè)平面內(nèi)相互夾角為90°。這樣的夾角可以保證檢波器放在孔中任意地方，總有一個(gè)檢波器與剪切波信號(hào)的方向小于或等于45°，以達(dá)到采集波形良好的效果。4 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量操作步驟1）. 了解鉆孔情況 測(cè)試孔應(yīng)垂直；鉆孔附近地面應(yīng)盡量可能平整，鉆孔時(shí)應(yīng)盡量較少孔壁土擾動(dòng)，待測(cè)孔達(dá)到預(yù)定深度時(shí)，如地層軟弱應(yīng)下套管護(hù)壁，套管與孔壁間應(yīng)用灌漿和填砂法處理。2）. 放置木板先挖地面，露出土層，將地面整理平整，鋪上一層砂子，再將木板放在平整的砂子上，

7、上面壓上重物，使木板與地面緊密接觸。當(dāng)剪切波振源采用錘擊上壓重物的木板時(shí)，木板的長(zhǎng)向中垂線應(yīng)對(duì)準(zhǔn)測(cè)試孔中心，孔口與木板的距離宜為13m，板上所壓重物宜大于400Kg。當(dāng)壓縮波振源采用錘擊金屬板時(shí)，金屬板距孔口的距離宜為13m.木板的中垂線應(yīng)通過孔口，用錘沿板縱軸從兩個(gè)相反方向水平敲擊板端，產(chǎn)生水平剪切波。木板現(xiàn)場(chǎng)放置如下：3）. 放置傳感器當(dāng)井中三分量檢波器在孔內(nèi)不同深度處接收剪切波時(shí)，應(yīng)將其固定在孔壁上。當(dāng)使用檢波器做觸發(fā)信號(hào)時(shí)，記時(shí)觸發(fā)檢波器應(yīng)置于木板邊中心。4）.儀器連接 按現(xiàn)場(chǎng)采集方式進(jìn)行連接。5）.信號(hào)的采集a. 測(cè)點(diǎn)間距的選擇測(cè)試時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程情況及地質(zhì)分層，每隔13m布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)

8、，并宜自下而上按預(yù)定深度進(jìn)行測(cè)試；當(dāng)有較薄夾層時(shí)，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整，使得薄夾層時(shí)，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整，使得薄夾層中至少布置兩個(gè)測(cè)點(diǎn)。b. 剪切波測(cè)試時(shí)，傳感器應(yīng)設(shè)置在測(cè)試孔內(nèi)預(yù)訂深度處固定，沿木板縱軸方向分別打擊其兩端，可記錄相位相反的兩組剪切波波形；壓縮波測(cè)試時(shí)，可錘擊金屬板，當(dāng)激振能量不足時(shí)，可采用落錘或爆炸產(chǎn)生壓縮波。6）.剪切波震相確認(rèn)a.波形記錄的現(xiàn)場(chǎng)識(shí)別 現(xiàn)場(chǎng)采集的波形一般由三部分組成：第一部分是從零時(shí)開始至直達(dá)波能量的到達(dá)，其信號(hào)除受外部干擾出現(xiàn)毛刺外，基本上是一條接近與直線的平穩(wěn)段；第二部分是從波的第一個(gè)初至起到第二個(gè)初至止，此段屬于P波段，振幅小，頻率高；第三部分是以S波為主的部分，振幅大

9、，頻率低。2）.波形的規(guī)律a. P波傳播速度較S波傳播速度快，P波為初至波；b. 振源板兩端分別做水平激發(fā)時(shí)，S波相位反向，而P波相位不變；c檢波器下孔一定深度后，P波波幅變小，頻率變高，而S波幅度相對(duì)較大，頻率相對(duì)較低。d. 最小測(cè)試深度應(yīng)大于震源板至孔口之間的距離，以避免淺部高速地層界面可能造成的折射波影響。5 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試注意事項(xiàng) 為獲得高質(zhì)量的波形紀(jì)錄，測(cè)試前應(yīng)調(diào)整好儀器設(shè)備，保證各設(shè)備可靠連接。另外，現(xiàn)場(chǎng)要注意以下的問題。1. 作為振源的木板應(yīng)選用彈性和韌性較好的木板，不宜用鐵板或水泥板。木板錘擊的兩頭可包上鐵皮或用一塊比木板截面稍大的鐵板墊在木板兩頭以便多次使用。2. 井孔應(yīng)與木板長(zhǎng)軸

10、線垂直，即井孔到木板的距離相等，這是保證木板兩面敲擊后，剪切波恰好反向的一個(gè)基礎(chǔ)。孔源距應(yīng)是井孔到木板中心的垂直距離。3. 木板與表土層耦合的好壞直接關(guān)系波形采集的好壞。現(xiàn)場(chǎng)可在選定放木板的地方撒一層砂子，放上木板來回磨動(dòng)，然后拿開木板，耦合好壞一目了然，在有空缺處再撒砂子，反復(fù)數(shù)次可達(dá)到最佳效果。4. 現(xiàn)場(chǎng)可將汽車直接壓在木板上。無汽車可用重物。重物的重量應(yīng)保證錘擊時(shí)沒有大的位移，另外重物應(yīng)盡可能在木板上均勻分配。當(dāng)重物質(zhì)量有限時(shí)，在木板地面加帶鋼釘?shù)蔫F板或木板打孔插鋼筋。5. 測(cè)剪切波時(shí)，錘擊力要盡量保證水平。錘擊要干凈利索，避免二次或多次擊打。6. 每次放下或提升換能器到一個(gè)新深度應(yīng)保留

11、十幾秒后再測(cè)，這樣可避免泥漿擾動(dòng)干擾。7. 在換能器上要配接吃力拉繩。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，最好是鋼絲細(xì)繩，細(xì)鋼絲繩伸縮性小，抗拉性強(qiáng)，不易纏繞。（探頭帶鋼絲最好）8. 測(cè)有泥漿護(hù)壁的鉆孔，最好從孔底測(cè)起，避免因泥漿沉淀引起卡換能器和測(cè)量深度不夠情況。9. 剪切波不能在水中傳播，但根據(jù)實(shí)測(cè)經(jīng)驗(yàn)，在有濃泥漿護(hù)壁的鉆孔中，可以在換能器不與鉆孔壁緊密接觸的情況下測(cè)得很好的S波震相，為測(cè)量提供了方便。另外泥漿濃可以減少塌孔的可能性。10. 測(cè)有套管的鉆孔，要避免鋼絲繩與套管直接接觸。11. 測(cè)量時(shí)如遇塌孔卡住換能器，在人力拉不動(dòng)的情況下，最好將鉆機(jī)用不帶鉆頭的鉆桿放到合適深度，用沖洗的方法慢慢的提升，這樣可保護(hù)換能器。12. 在用氣囊式換能器時(shí)，用高壓氣筒慢慢打氣，打一下停一下，看是否已耦合，如提不動(dòng)，則耦合好。切忌連續(xù)打氣，將氣囊脹破。杠桿式可將